国际研究小组发表成果：空间干涉测量揭示了超大质量黑洞喷流中的螺旋状细丝

一个国际研究小组以最高的角度分辨率和灵敏度观测了以接近光速从3C 279星系核心喷出的喷流，所获得的图像揭示了靠近中央引擎的大型螺旋状细丝。四十年来用来解释这些喷流变化的模型无法解释这些细丝的存在，而是需要一个替代模型。

耀斑是宇宙中最强大的持续辐射源。与其他活动星系一样，它们的结构也是由一个中央超大质量黑洞组成，周围环绕着一个吸积盘。然而，它们属于10%的活动星系，这些星系显示出从两极喷射出的高速等离子体喷流，还有更小比例的情况可以让我们几乎正面观测到这些喷流。现在，一组国际研究人员以前所未有的分辨率观测到了星系3C 279的喷流，并发现了具有双螺旋结构的大型细丝，这就要求对迄今为止使用的理论模型进行更新。

领导这项工作的安达卢西亚天体物理研究所（IAA-CSIC）研究员Antonio Fuente博士说：“得益于Radio Astron（一个轨道半径接近地球和月球之间距离的空间射电望远镜）和分布在地球上的23台射电望远镜组成的网络，我们获得了迄今为止分辨率最高的闪烁星内部图像，使我们能够首次观测到喷流的内部结构。”

图1：利用Radio Astron获得的3C 279号恒星相对论喷流的高分辨率图像。该图像显示了喷流内部的复杂结构，几个等秒尺度的细丝形成了螺旋状。资料来源：Radio Astron/Fuentesetal. 

发表在《自然-天文》（Nature Astronomy）上的研究结果显示，3C 279中的喷流显示出一种复杂的结构，由至少两条螺旋状细丝组成，从核心附近一直延伸到570多光年之外（见图1）。这是一种史无前例的结构，它建立在之前的一项成果之上：2020年，事件地平线望远镜（EHT）在2019年捕捉到了第一张黑洞图像，它揭示了3C 279内核中的出乎意料的结构，但EHT的灵敏度不足以观测到这些细丝。

“螺旋丝的特性使我们得出结论，它们是由构成喷流的等离子体的不稳定性引起的。考虑到所有因素，我们发现四十年来用来解释与喷流有关的射电变异性的模型并不适用于这种情况。因此，我们提出了一个考虑到新观测到的结构的替代模型，”上海交通大学李政道研究所水野陽介（Yosuke Mizuno）副教授说，他对这一结果的理论解释做出了贡献。

此外，这项研究还表明，存在一个限制喷流的螺旋磁场。因此，在3C 279中，磁场围绕喷流顺时针旋转，以0.997倍光速的速度引导物质沿磁场运动。

“这一结果以及最近的其他发现表明，除了在低分辨率研究中观察到的漏斗状形态之外，耀星喷流还具有复杂而丰富的内部结构。我们的研究结果还为重新解释和分析许多其他同类来源打开了大门，凸显了具有更高角分辨率和灵敏度的新型射电望远镜全球网络的重要性，例如下一个十年的下一代EHT，以及更久之后的要进行的毫米波段的空间项目。”安达卢西亚天体物理研究所(IAA-CSIC)研究员、该研究的共同作者JoseLuis Gomez教授总结道。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41550-023-02105-7